淺談壓縮空氣站設(shè)備及管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)

左貴宏

摘要：壓縮空氣作為工廠的常用動(dòng)力氣源，為工廠工藝生產(chǎn)的正常運(yùn)行提供有效保障。壓縮空氣系統(tǒng)主要是由壓縮空氣站、室外壓縮空氣管道、車間入口裝置及內(nèi)部壓縮空氣管道四部分組成。在設(shè)計(jì)開始之前，需要根據(jù)工廠的用氣設(shè)備的進(jìn)口壓力要求、壓縮空氣質(zhì)量要求、用氣點(diǎn)負(fù)荷分布、總用氣量以及當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件來(lái)確定壓縮空氣系統(tǒng)的形式、壓縮空氣系統(tǒng)各設(shè)備選型和空壓機(jī)站房數(shù)量和布置，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的配置。

關(guān)鍵詞：壓縮空氣;空壓機(jī);干燥機(jī)

引言

在壓縮空氣站及管道設(shè)計(jì)中，必須根據(jù)工藝需求，合理選擇設(shè)備及進(jìn)行選型計(jì)算。空壓機(jī)站的布置要充分考慮到總圖、設(shè)備布置、供水、供電、采暖通風(fēng)等綜合因素，確保整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1空氣壓縮機(jī)介紹

目前主流空氣壓縮機(jī)主要有三種：離心式空壓機(jī)、螺桿式空壓機(jī)、活塞式空壓機(jī)。

1.1離心式空壓機(jī)

離心式空壓機(jī)是由葉輪帶動(dòng)氣體做高速旋轉(zhuǎn)，使空氣產(chǎn)生離心力，由于空氣經(jīng)過(guò)葉輪的加壓作用，從而使空氣的流速和壓力得到提高，連續(xù)地生產(chǎn)出壓縮空氣。離心式空氣壓縮機(jī)特點(diǎn)有：①設(shè)備運(yùn)行平衡，運(yùn)轉(zhuǎn)率高，操作可靠，無(wú)摩擦件，后期維護(hù)費(fèi)用少。②離心式壓縮機(jī)可實(shí)現(xiàn)完全無(wú)油壓縮。③設(shè)備產(chǎn)氣量大，結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，占地面積小。④離心式壓縮機(jī)不適用于氣量小場(chǎng)合，壓比也不能太高。⑤離心式壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行工況比較窄，且氣量的調(diào)節(jié)不經(jīng)濟(jì)。

1.2螺桿式空壓機(jī)

螺桿式空壓機(jī)機(jī)頭核心部件是成對(duì)的互相嚙合的陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子，每對(duì)轉(zhuǎn)子互相反向旋轉(zhuǎn)，達(dá)到壓縮空氣的效果。螺桿式空壓機(jī)的特點(diǎn)是：①操作簡(jiǎn)便。螺桿式空壓機(jī)自動(dòng)化程度高，對(duì)操作者要求不高，易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作和無(wú)人值守運(yùn)轉(zhuǎn)。②運(yùn)行可靠。螺桿式空壓機(jī)零部件少，維護(hù)簡(jiǎn)單，沒(méi)有易損部件，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，使用壽命長(zhǎng)。③適用性強(qiáng)。螺桿式空壓機(jī)是強(qiáng)制輸氣，因此容積流量不受排氣壓力影響，能夠適用各種不同的工況，并保持高效運(yùn)行。④動(dòng)平衡好。螺桿式空壓機(jī)無(wú)不平衡慣性力，設(shè)備高速運(yùn)行平穩(wěn)，對(duì)設(shè)備基礎(chǔ)要求不高。

1.3活塞式壓縮機(jī)

活塞式壓縮機(jī)的核心部件是由氣缸、進(jìn)排氣閥以及在氣缸中重復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞構(gòu)成的。曲軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)工作，完成吸氣、壓縮和排氣的過(guò)程。活塞式壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：①適用壓力范圍廣，活塞式壓縮機(jī)可設(shè)計(jì)成不同壓力下工作，特別在高壓或者超高壓范圍內(nèi)是其他壓縮機(jī)無(wú)法取代的。②壓縮效率較高，活塞式壓縮機(jī)壓縮氣體的過(guò)程屬封閉系統(tǒng)，其壓縮效率較高。③適應(yīng)性強(qiáng)，活塞式壓縮機(jī)排氣量范圍較廣，而且氣體密度對(duì)壓縮機(jī)性能的影響不如速度式壓縮機(jī)那樣顯著，同一規(guī)格的活塞式壓縮機(jī)往往只要稍加改造就可以適用于壓縮其他的氣體介質(zhì)。④氣體帶油污，尤其對(duì)于有油潤(rùn)滑更為顯著。⑤排氣不連續(xù)，氣體壓力有波動(dòng)，有可能造成氣流脈動(dòng)共振。⑥易損件較多，維修量較大。

2壓縮空氣系統(tǒng)流程及站房布置

2.1壓縮空氣系統(tǒng)流程

壓縮空氣系統(tǒng)流程按空壓機(jī)和后處理設(shè)備對(duì)應(yīng)關(guān)系和管道的連接方式，可以分為干管式、單元式和旁通式。

干管式：該方式管線較為復(fù)雜，閥門數(shù)量較多，在運(yùn)行過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)互相備用，運(yùn)行最為安全。

單元式：

該方式管線簡(jiǎn)單，閥門數(shù)量少，但一旦設(shè)備或管路出現(xiàn)故障，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)分支的空壓機(jī)及后處理不能運(yùn)行，安全性能最差。

2.2空壓機(jī)站房總圖布置原則

根據(jù)廠區(qū)壓縮空氣用氣時(shí)段、用氣多少、距離遠(yuǎn)近等因素來(lái)確定配置空壓機(jī)站的個(gè)數(shù)和總圖位置，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的配置。通常情況下對(duì)于完整的水泥生產(chǎn)線應(yīng)設(shè)置礦山、熟料線、水泥線三個(gè)空壓機(jī)站，同時(shí)需要滿足以下幾個(gè)原則：

（1）靠近用氣負(fù)荷中心。

（2）供電、供水合理。

（3）有擴(kuò)建的可能性。

（4）避免靠近散發(fā)爆炸性、腐蝕性和有毒氣體以及粉塵等有害物質(zhì)的場(chǎng)所，并宜位于上述場(chǎng)所全年最小頻率風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)。

（5）壓縮空氣站的朝向宜使機(jī)器間有良好的自然通風(fēng)，并宜減少日曬。

2.3空壓機(jī)站房布置

空壓機(jī)站房的尺寸主要由空壓機(jī)的能力和數(shù)量決定。螺桿空氣壓縮機(jī)組宜單排布置，機(jī)器間的通道寬度應(yīng)根據(jù)設(shè)備操作、拆裝和運(yùn)輸?shù)囊蟠_定。設(shè)備布置時(shí)，除保證檢修時(shí)能抽出氣缸中的活塞部件、冷卻器中的芯子和 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子或者定子外，宜有不小于0.5m的余量，同時(shí)也必須符合廠家圖紙所示檢修空間要求。干燥裝置的操作維護(hù)用通道不宜小于1.5m。

空壓機(jī)站的檢修應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)原則：

（1）單臺(tái)壓縮機(jī)額定容積流量大于或等于20m3/min 且總安裝容量大于或等于60m3/min 的壓縮空氣站，宜設(shè)置檢修用起重設(shè)備，通常情況下選用手動(dòng)檢修葫蘆，起重能力應(yīng)按空氣壓縮機(jī)組檢修時(shí)最重的起吊部件確定。

（2）一般情況下空壓機(jī)站內(nèi)需要設(shè)置專門的檢修場(chǎng)地，檢修場(chǎng)地的面積不宜大于一臺(tái)最大空氣壓縮機(jī)組占地和運(yùn)行所需的面積。

（3）壓縮空氣站機(jī)器間屋架下弦或梁底的高度，應(yīng)符合設(shè)備拆裝起吊和通風(fēng)的要求，且凈高不宜小于4m。

2.4空壓機(jī)站房采暖和通風(fēng)

壓縮空氣站機(jī)器間的采暖溫度不宜低于16 ℃;非工作時(shí)間機(jī)器間的溫度不得低于5 ℃。對(duì)于極度寒冷地區(qū)，可采用將空壓機(jī)的熱風(fēng)部分回流到室內(nèi)，以便保證室內(nèi)溫度不低于5℃。

空氣壓縮機(jī)在室內(nèi)吸氣時(shí)，壓縮空氣站機(jī)器間的外墻應(yīng)設(shè)置進(jìn)風(fēng)口，其流通面積應(yīng)滿足空氣壓縮機(jī)吸氣和設(shè)備冷卻的要求。空壓機(jī)冷卻風(fēng)熱風(fēng)應(yīng)通過(guò)管道直接排出室外。壓縮空氣站內(nèi)設(shè)備通風(fēng)管道的阻力損失超過(guò)設(shè)備自帶風(fēng)扇壓頭時(shí)，應(yīng)設(shè)置通風(fēng)機(jī)。當(dāng)通風(fēng)管道內(nèi)不采用通風(fēng)機(jī)時(shí)，風(fēng)速宜為3m/s～5m/s;當(dāng)采用通風(fēng)機(jī)時(shí)，風(fēng)速宜為6m/s～10m/s。

空壓機(jī)站通風(fēng)分為負(fù)壓系統(tǒng)和正壓系統(tǒng)兩種。負(fù)壓系統(tǒng)包含進(jìn)氣格柵、排風(fēng)機(jī);正壓系統(tǒng)包含帶布袋式過(guò)濾器的正壓風(fēng)機(jī)和排氣格柵。由于正壓系統(tǒng)能有效的防止灰塵的進(jìn)入，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮。在布置正壓風(fēng)機(jī)和排氣格柵時(shí)，應(yīng)遵循空氣下進(jìn)上出，空氣實(shí)現(xiàn)對(duì)流的原則。

2.5儲(chǔ)氣罐布置原則

儲(chǔ)氣罐宜布置在空氣壓縮機(jī)與干燥凈化裝置之間，當(dāng)負(fù)荷要求儲(chǔ)氣罐瞬間釋放超過(guò)干燥凈化裝置處理量的壓縮空氣時(shí)，應(yīng)在干燥凈化裝置后另行設(shè)置儲(chǔ)氣罐。

壓縮空氣儲(chǔ)氣罐的布置應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1） 應(yīng)布置在室外或獨(dú)立建筑內(nèi);

（2） 儲(chǔ)氣罐布置在室外時(shí)，宜布置在建筑物的陰面，當(dāng)設(shè)置在陽(yáng)面時(shí)，宜加設(shè)遮陽(yáng)棚;立式儲(chǔ)氣罐與機(jī)器間外墻的凈距不應(yīng)小于1m，并不宜影響采光和通風(fēng);布置在室外的罐組宜設(shè)置通透的圍欄;

（3 ）在室外布置有困難時(shí)，工作壓力小于10MPa、含油等級(jí)不低于3 級(jí)的壓縮空氣儲(chǔ)氣罐，可布置在室內(nèi);當(dāng)工作壓力大于或等于10MPa、單個(gè)容積不大于10m3、含油等級(jí)不低于3 級(jí)的壓縮空氣儲(chǔ)氣罐，總數(shù)量不超過(guò)3 個(gè)時(shí)，可布置在與機(jī)器間毗鄰的獨(dú)立房間內(nèi)。

2.6管道布置要求

輸送飽和壓縮空氣的管道應(yīng)設(shè)置能排放管道系統(tǒng)內(nèi)積存冷凝液的裝置，通常情況下應(yīng)在每段管道最低點(diǎn)設(shè)置排污閥門，設(shè)有坡度的管道，坡度不宜小于0.002。工作壓力小于1.6MPa 的壓縮空氣管道系統(tǒng)，從空氣壓縮機(jī)出口到最不利點(diǎn)的壓力損失不宜超過(guò)空氣壓縮機(jī)排氣壓力的10%。壓縮空氣管道的連接，除設(shè)備、閥門等處用法蘭或螺紋連接外，宜采用焊接。寒冷地區(qū)干燥機(jī)之前的室外管道應(yīng)采取防冷措施。室外輸送飽和壓縮空氣的埋地管道應(yīng)敷設(shè)在冰凍線以下。

結(jié)語(yǔ)

壓縮空氣站是工業(yè)生產(chǎn)中是不可或缺的重要組成部分，安全、規(guī)范、適用的設(shè)計(jì)才能為正常工業(yè)生產(chǎn)保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)

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